คริสต์ศักราช 1669 เฮนนิก แบรนด์ (Hennig Brand) นักเล่นแร่แปรธาตุชาวเยอรมันพยายามสังเคราะห์ “ศิลาอาถรรพ์ (philosopher’s stone)” ในตำนานที่เล่าลือกันว่าสามารถเปลี่ยนปรอทเป็นทองคำ

เฮนนิกเคี่ยวปัสสาวะมนุษย์เกือบ 1,500 แกลลอนให้ข้นงวดเหมือนน้ำผึ้ง ผ่านกรรมวิธีเผาและกลั่นอีกหลายขั้นตอนจนได้ออกมาเป็นตะกอนสารเรืองแสงสีเขียวจางๆ ในที่มืดราวกับมีพลังลึกลับ เขาตั้งชื่อสารนี้ว่า “ฟอสฟอรัส (phosphorus)” ตามรากศัพท์ภาษากรีกที่แปลว่า “ผู้นำแสง”

เฮนนิกเก็บสูตรผลิตฟอสฟอรัสเป็นความลับตลอดชีวิตของเขาก่อนมันจะถูกขายและพัฒนาต่อยอดไปหลังจากนั้น จากนักเล่นแร่แปรธาตุ สู่พ่อมดหมอผี และนักมายากลปาหี่

ฟอสฟอรัสไม่ใช่ศิลาอาถรรพ์ที่สามารถเปลี่ยนปรอทเป็นทองคำ แต่นักเคมีร้อยปีหลังจากยุคเฮนนิกก็ได้พิสูจน์ว่ามันคือ “ธาตุ (element)” ชนิดแรกที่มนุษย์สกัดแยกทำบริสุทธิ์ได้สำเร็จ

ฟอสฟอรัสของเฮนนิกได้จากสารประกอบฟอสเฟตในน้ำปัสสาวะที่ถูกเผาทำปฏิกิริยากับคาร์บอนจนเสียธาตุออกซิเจนไปเหลือเพียงฟอสฟอรัสที่จัดเรียงตัวใหม่เป็นโครงสร้างทรงพีระมิดสี่อะตอม

มันคือ “ฟอสฟอรัสขาว” ที่ไวต่อปฏิริยากับออกซิเจนจนระเบิดลุกเป็นไฟสว่างจ้าได้ที่อุณหภูมิห้อง

ร้อยห้าสิบปีหลังการค้นพบของเฮนนิกฟอสฟอรัสถูกใช้อย่างแพร่หลายเป็นส่วนประกอบของยา ไม้ขีดไฟ ปุ๋ย หรือแม้แต่วัตถุระเบิดในสงคราม

ส่วนวงการชีววิทยาก็ค้นพบว่าฟอสฟอรัสเป็นองค์ประกอบที่ขาดไม่ได้ในทุกสิ่งมีชีวิตบนโลกนี้

และอาจจะพาเราไปสู่คำตอบถึงปริศนาการมีอยู่ของชีวิตบนดาวเคราะห์อื่นในจักรวาลอีกด้วย

จากธาตุตามธรรมชาติทั้งหมดเก้าสิบกว่าธาตุที่มนุษย์เรารู้จักมีเพียง 19 ธาตุเท่านั้นที่จำเป็นต่อสิ่งมีชีวิตทุกชนิด เก้าสิบกว่าเปอร์เซ็นต์ของน้ำหนักเซลล์ประกอบขึ้นจากธาตุหลักเพียงหกชนิดคือ คาร์บอน (C), ไฮโดรเจน (H), ออกซิเจน (O), ไนโตรเจน (N), ซัลเฟอร์ (S) และฟอสฟอรัส (P)

ทั้งหกธาตุนี้เป็นส่วนประกอบของน้ำและสารชีวโมเลกุลขนาดใหญ่ทั้งหมด

สำหรับทุกชีวิตบนโลกฟอสฟอรัสเป็นส่วนประกอบสำคัญในเยื่อหุ้มเซลล์ และในสารพันธุกรรม (ดีเอ็นเอและอาร์เอ็นเอ) นอกจากนี้ ยังอยู่ในสารพลังงานสูงอย่าง ATP ที่ทำหน้าที่เป็นตัวกลางโยกย้ายถ่ายโอนพลังงานเคมี

เป็นเครื่องมือบริหารจัดการให้ปฏิกิริยาเคมีต่างๆ ในเซลล์ดำเนินไปในทิศทางและอัตราที่พอเหมาะพอควร

เมื่อเทียบกับธาตุหลักอีกห้าชนิด ความพิเศษอย่างหนึ่งของฟอสฟอรัสคือปกติแล้วมันไม่สามารถเกิดเป็นสารประกอบที่อยู่ในรูปก๊าซ

ดังนั้น วัฏจักรการหมุนเวียนฟอสฟอรัสในระบบนิเวศจะไม่ผ่านชั้นบรรยากาศ แต่จะเริ่มจากหินแร่ที่ถูกกัดเซาะลงสู่ดิน ถูกดูดซึมเข้าสู่พืช ส่งต่อผ่านห่วงโซ่อาหารขึ้นไปเรื่อยๆ ถึงสัตว์และผู้ย่อยสลาย ที่ลงสู่แหล่งน้ำและตกตะกอนนอนก้นก็จะค้างอยู่แบบนั้นจนกว่าจะเกิดการเปลี่ยนแปลงของเปลือกโลกให้มันได้โผล่ขึ้นมาใหม่

ด้วยเหตุนี้วัฏจักรฟอสฟอรัสจึงดำเนินไปช้ามากๆ เทียบกับวัฏจักรของธาตุหลักชนิดอื่น ปริมาณฟอสฟอรัสในพื้นที่ต่างๆ ทั่วโลกเหลื่อมล้ำกันมากเพราะไม่ค่อยถูกหมุนเวียนเกลี่ยกระจาย

ความสำคัญของฟอสฟอรัสต่อสิ่งมีชีวิตรวมทั้งพืชทำให้มันเป็นหนึ่งในสามธาตุหลักที่เราใส่ในปุ๋ย (คู่กับไนโตรเจนและโพแทสเซียม)

การผลิตฟอสฟอรัสยุคแรกเริ่มใช้ปัสสาวะเป็นวัตถุดิบ ต่อมาก็เปลี่ยนเป็นการใช้เถ้ากระดูก ก่อนจะกลายเป็นอุตสาหกรรมใหญ่เมื่อเราเริ่มหันไปขุดเหมืองกัวโน (guano) หรือตะกอนทับถมของขี้นกและค้างคาว ปัจจุบันฟอสฟอรัสส่วนมากได้จากเหมืองแร่ฟอสเฟตที่มีประเทศผู้ผลิตและส่งออกหลักอยู่ไม่กี่แห่ง

แร่ฟอสฟอรัสที่ถูกขุดมาขายปีละหลายร้อยล้านตันเป็นหนึ่งในปัจจัยหลักที่ค้ำจุนวงการเกษตรสมัยใหม่

ปุ๋ยฟอสฟอรัสเพียงประมาณยี่สิบเปอร์เซ็นต์ถูกเอาไปใช้โดยพืชเกษตร ส่วนที่เหลือไหลทิ้งลงสู่แหล่งน้ำ เนื่องจากฟอสฟอรัสเป็นปัจจัยจำกัดในระบบนิเวศน้ำส่วนใหญ่

การเพิ่มขึ้นกะทันหันของฟอสฟอรัสทำให้สาหร่ายเติบโตเพิ่มจำนวนขึ้นอย่างรวดเร็วผิดปกติ สาหร่ายที่แน่นทึบบดบังแสงจนพืชน้ำและสาหร่ายที่อยู่ลึกลงไปขาดแสงจนตาย ซากอินทรีย์ปริมาณมหาศาลเร่งการเจริญของแบคทีเรียจนน้ำเน่าเสีย

แค่ในสหรัฐอเมริกาประเทศเดียวหายนะจากฟอสฟอรัสล้นเกินแบบนี้สร้างความเสียหายปีละหลายพันล้านดอลลาร์

ในทางกลับกัน การหยุดชะงักของห่วงโซ่อุปทานฟอสฟอรัสส่งผลกระทบรุนแรงต่อวงการเกษตรอาหาร

ยกตัวอย่างเช่น ช่วงสงครามรัสเซีย-ยูเครนที่ผ่านมาทำให้ผู้ผลิตอันดับสี่อย่างรัสเซียลดการส่งออกฟอสฟอรัส ส่งผลต่อเนื่องถึงราคาปุ๋ย ต้นทุนการเกษตร และราคาอาหารในหลายประเทศทั่วโลกรวมทั้งไทยด้วย

ฟอสฟอรัสจากแร่หินเป็นทรัพยากรที่ใช้แล้วหมดไปขณะที่ความต้องการฟอสฟอรัสกลับสูงขึ้นเรื่อยๆ เพื่อรองรับอุตสาหกรรมการเกษตร

นักวิเคราะห์หลายท่านคาดการณ์ว่ากำลังการผลิตฟอสฟอรัสของทั้งโลกอาจจะถึงขีดจำกัด (peak phosphorus) ภายในทศวรรษหน้า

การขาดแคลนฟอสฟอรัสไม่เพียงจะนำมาสู่วิกฤตด้านเกษตรอาหาร แต่อาจจะกระทบโครงสร้างภูมิรัฐศาสตร์และการเมืองระหว่างประเทศ

ประเทศเล็กๆ อย่างโมร็อกโกมีแหล่งฟอสฟอรัสสำรองกว่า 85% ของทั้งโลกอาจจะกลายเป็นเวทีแย่งชิงฟอสฟอรัสระหว่างเหล่ามหาอำนาจไม่ต่างการแย่งชิงน้ำมัน ก๊าซธรรมชาติ หรือแร่หายากอื่นๆ ในช่วงศตวรรษที่ผ่านมา

วิกฤตฟอสฟอรัสไม่ใช่แค่เรื่องระดับโลก แต่ยังอาจจะเป็นระดับจักรวาลอีกด้วย!

ห้าธาตุหลัก (C, H, O, N และ S) ของสิ่งมีชีวิตติดอันดับหนึ่งในสิบธาตุที่พบมากที่สุดในระบบสุริยะ

ส่วนฟอสฟอรัส (P) อยู่เพียงอันดับที่ 17 เท่านั้น

ไฮโดรเจนมีอยู่ล้นเหลือในจักรวาลด้วยว่ามันเป็นธาตุมูลฐานแรกเริ่มที่อยู่มาตั้งแต่บิ๊กแบง ปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิวชั่นที่ใจกลางดาวฤกษ์เปลี่ยนไฮโดรเจนเป็นฮีเลียมจากนั้นก็กลายธาตุที่หนักขึ้นๆ ในตารางธาตุในดาวฤกษ์ใกล้ตาย

ดาวฤกษ์ที่มวลไม่มากนักสร้างได้แค่ธาตุคาร์บอนและไนโตรเจน

ดาวฤกษ์มวลสูงๆ มีแรงบีบอัดฟิวชั่นให้เกิดธาตุที่หนักกว่านั้น

ฟอสฟอรัสไม่เพียงแต่เป็นธาตุที่หนักที่สุดในบรรดาธาตุหกตัวนี้แต่ด้วยจำนวนโปรตอนของมันที่สิบห้าตัวพอดีทำให้ธาตุชนิดนี้ไม่ได้เกิดขึ้นจากการฟิวชั่นแบบปกติที่ใจกลางดาวฤกษ์แต่ว่าน่าจะเกิดระหว่างการระเบิดซูเปอร์โนวา (Supernova) ของดาวฤกษ์มวลมากที่สิ้นอายุ

นอกจากจะหายากแล้ว ฟอสฟอรัสบนดาวเคราะห์อย่างโลกมักจะอยู่ในรูปแบบที่เข้าถึงยาก ฟอสฟอรัสในโลกอยู่ในรูปฟอสไฟด์ (phosphide) ที่จมลึกลงไปสู่แกนดาวเคราะห์ (ในระยะแรกเริ่มที่ดาวเคราะห์ยังเป็นก้อนลาวาเหลวร้อน) แทนที่เหลืออยู่ให้ใช้งานบนพื้นผิว พวกที่ยังเหลืออยู่ตรงผิวในรูปหินฟอสเฟตก็ไม่ได้เอามาใช้ง่ายๆ ต้องรอกระบวนการกัดเซาะละลายกลับลงมาในน้ำในดิน

วัฏจักรการหมุนเวียนที่ไม่ผ่านบรรยากาศก็เชื่องช้าอย่างที่เล่าไปข้างต้น บนเปลือกโลกที่ว่ามีฟอสฟอรัสเยอะแล้วเทียบกับหลายๆ ที่ในจักรวาลก็ยังมีอยู่แค่ราวๆ 0.1% เท่านั้น

ดังนั้น ก็เลยมีการบางทฤษฎีที่อธิบาย Fermi Paradox (ปริศนาที่ว่าในจักรวาลกว้างใหญ่นี้ทำไมเรายังไม่เจอสิ่งมีชีวิตอื่นเลย) ว่าฟอสฟอรัสนี่แหละเป็นปัจจัยจำกัด มีอยู่น้อยที่มากๆ ในจักรวาลนี้ที่มีฟอสฟอรัสอยู่ในปริมาณพอเหมาะ กลายเป็นหนึ่งในปัจจัยที่ทำให้ความน่าจะเป็นที่จะเกิดสิ่งมีชีวิต โดยเฉพาะสิ่งมีชีวิตที่มีภูมิปัญญาพอจะเดินทางหรือสื่อสารข้ามดวงดาวลดลงไปมากๆ

ในอีกมุมหนึ่งปริมาณฟอสฟอรัสในจักรวาลก็อาจจะกลายเป็นหนึ่งในปัจจัยจำกัดต่อการที่เราจะไปตั้งรกรากขยายระบบนิเวศแบบโลกออกไป แม้ว่าร่างกายมนุษย์หนึ่งคนจะประกอบด้วยฟอสฟอรัสเพียงไม่กี่ร้อยขีด แต่ปริมาณฟอสฟอรัสโดยรวมทั้งระบบนิเวศที่จะค้ำจุนชีวิตมนุษย์อาจจะสูงถึงหลายร้อยกิโลกรัมต่อคน

ดังนั้น ศึกชิงฟอสฟอรัสอาจจะไม่จบลงง่ายๆ แม้มนุษย์จะกลายเป็นสิ่งมีชีวิตที่ขยายขอบเขตอารยธรรมข้ามระบบเป็นว่าเล่นแล้วก็ตาม

หนึ่งทางออกของเราทั้งบนโลกและในอวกาศอาจจะเป็นการรีไซเคิลนำฟอสฟอรัสทุกหยาดหยดกลับมาใช้ให้มากที่สุดโดยเฉพาะฟอสฟอรัสในสิ่งขับถ่ายจากมนุษย์และปศุสัตว์ที่ทุกวันนี้ปล่อยทิ้งไปเปล่าๆ ปีละเป็นล้านตัน

เฮนนิกผู้เคี่ยวปัสสาวะพันกว่าแกลลอนเมื่อหลายร้อยปีก่อนคงถูกใจสิ่งนี้

สะดวก ฉับไว คุ้มค่า สมัครสมาชิกนิตยสารมติชนสุดสัปดาห์ได้ที่นี่https://t.co/KYFMEpsHWj

— MatichonWeekly มติชนสุดสัปดาห์ (@matichonweekly) July 27, 2022